一种基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法
【技术领域】
[0001] 本申请设计逆变器控制技术领域，尤其是设及一种基于电流下垂控制的单相并联 逆变器控制方法。
【背景技术】
[0002] 逆变器并联控制通常用于不间断电源系统，为供电重要等级较高的用户作为备用 电源进行紧急供电，也可W用于分布式发电系统W组建微型电网，给偏远地区或岛蜗单独 供电。
[0003] 逆变器并联控制依据连接方式可分为集中控制方式、主从控制方式、分散逻辑控 制方式、循环链控制方式和无互连控制方式等。集中控制由中央控制器直接控制所有并联 模块，较容易实现，控制方式简单，但系统冗余性能差;主从控制由一个主模块，从模块跟随 主模块信号，初步实现了冗余控制，但系统受主模块影响稳定性差;分散逻辑控制各模块间 需要大量的信号线，大大增加了系统的复杂程度。
[0004] 无互连线并联控制方式W其良好的冗余性及稳定性得到广泛应用。功率下垂控制 是最常用的无互连线并联控制方式，但由于传统意义上的功率是基于周期平均值定义的， 存在响应延迟。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的问题在于提供一种基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法， 克服微网及并联逆变器系统中由于传输线阻抗互不相等时所带来的无功功率不均流的缺 陷，达到并联逆变器无功功率均流的目的，同时采用瞬时功率理论，减少了周期功率理论的 延迟。
[0006] 本发明是通过W下技术方案来实现：
[0007] -种基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法，包括W下步骤：
[000引在并联逆变器供电系统中，逆变器的输出有功电流、无功电流与公共连接点的电 压幅度参考值、电压相角参考值构成下垂曲线，下垂曲线的斜率为-m、-n;
[0009] 在多逆变器无信号互联线经过传输线并联系统中，流经负载的有功电流和无功电 流变化时，每台逆变器的输出有功电流和无功电流也发生变化，每台逆变器的输出电压幅 值、频率也发生变化；
[0010] 根据参考电压幅值和频率合成参考电压信号，用参考电压进行脉冲宽度调制，使 逆变器输出电流等于参考电压。
[0011] 进一步的，所述电压幅度参考值计算方法为：
[0012] 计算逆变器输出瞬时有功电流将其减去有功电流设定值得到有功电流偏差， 偏差值乘W下垂曲线斜率-m得到参考电压偏移量，将参考电压偏移量加上参考电压设定值 得到参考电压幅值；
[0013] 所述电压频率计算方法为：
[0014] 计算逆变器输出瞬时无功电流ζ，将其减去无功电流设定值得到无功电流偏差， 偏差值乘W下垂曲线斜率-m得到参考频率偏移量，将参考频率偏移量加上参考频率设定值 得到参考电压频率。
[0015] 所述瞬时有功电流、瞬时无功电流计算方法为：
[0016] 将逆变器输出电流作为Ξ相电流的a相，为其匹配相应的b、c两相电流；
[0017] 将所述Ξ相电流进行abc/αβ变换至αβ坐标下的两相电流；
[001引将所述αβ坐标下的两相电流进行dq变换，得到逆变器输出有功电流和无功电流； [0019 ]对所述有功电流和无功电流进行低通滤波，得到瞬时有功电流和瞬时无功电流。
[0020] 所述逆变器无信号互连线，经过各自传输线并联。
[0021] 本发明有益效果是：当η台逆变器并联时，使各逆变器参数相同，则各个逆变器电 流下垂控制曲线相同，达到稳定时各个逆变器输出电压、电流相同，达到均流效果，减少了 周期功率理论的延迟。
【附图说明】
[0022] 图1为2台逆变器并联给负载供电等效电路图；
[0023] 图2为下垂控制曲线图；
[0024] 图3为abc/αβ变换示意图；
[0025] 图4为有功电流、无功电流分解框图；
[0026] 图5-1~图5-2为逆变器并联系统仿真输出波形，图5-1为并联系统交流母线波形， 图5-2为各逆变器输出电流波形。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0028] 单相逆变器并联系统为多台逆变器经过传输线连接至交流母线向负载供电，具体 的，当2台逆变器并联至交流母线向负载供电时，并联系统等效电路图如图1所示，设定Rn为 第η台逆变器输出阻抗等效电阻，Xn为第η台逆变器输出阻抗等效电感感抗，E〇<0为交流母 线（即负载端）电压，ΕηΖδη为第η台逆变器输出电压，其中δη为第η台逆变器输出电压与交流 母线电压相位差，In为第η台逆变器输出电流，1〇为负载电流，Ζο为负载阻抗。
[0029] 1、电流下垂控制方程
[0030] 参考附图1所示，当η台逆变器并联至交流母线向负载供电时，其各逆变器输出电 流为：
[0031]
(1)
[0032] 其中，η = ?，2。
[00削在并联系统中，电压角度差δι、δ2很小，因此我们可W认为cosSi = cosS2=l，sinSi = δι，3?ηδ2 = δ2。在并联逆变器系统中，每个逆变器模块的参数都相同，即Ri = R2 = R，Xi =拉 二 X。
[0034]根据式(1)，各逆变器输出有功电流、无功电流分别为：
[0037]其中，n = i，2。
[003引其中，ipn为逆变器η输出有功电流，iqn为逆变器η输出无功电流。当R< <X时，将式 (2)、式(3)化简为：
[0041 ]其中，n = l，2。
[0042] 由式(4)、式(5)可W看出逆变器输出有功电流与逆变器输出相角成正比，逆变器 输出无功电流与逆变器输出电压幅值和母线电压幅值差成正比。
[0043] 下垂控制即采用控制逆变器输出电压幅值及相角的方法来控制逆变器输出有功 功率和无功功率W实现并联系统均流的目的，由于直接控制相角难W实现，即采用控制输 出频率来达到控制相角的目的，则基于电流的下垂控制方程如下：
[0044] ω*= ω 〇-m*(ipn-ip〇) (6)
[0045] E* = E〇-n*(iqn-iq〇) (7)
[0046] 其中，n = i，2。
[0047] 其中，ω*、Ε*为参考电压频率和幅值，m、n为下垂控制系数，ω日、E日为逆变器空载输 出电压频率和幅值，ipn、iqn为逆变器η输出有功电流和无功电流，ipO、iqO系统设置的额定有 功电流和额定无功电流值。
[004引如图2所示为下垂控制曲线图，下垂控制曲线斜率分别为-m、-n，当逆变器输出有 功功率和无功功率变化时，参考电压的频率和幅值跟随变换来调节有功功率和无功功率。 [0049 ] 2、瞬时有功电流和瞬时无功电流的计算
[0050]瞬时有功电流和瞬时无功电流是基于Ξ相系统来定义的，对于单相并联逆变器， 需要根据输出电流来构造 Ξ相电流。
[0051 ]逆变器η输出电流为ion,其中n=l，2,令
[0化2] ia=i〇 (8)
[0053] 将ia延时π/(3ω )并反相得到ic，再用ia和ic构造 ib得
[0054] ib = -i￡i-ic (9)
[00对 ia、ib、ic为对称的立相电流，将其变换到αβ两相坐标轴上得到瞬时分量ia和ie，变 换示意图如图3所示。
[0056]
(10)
[0057] 式（10)为变换公式，其中：
[005引
（11)
[0059] 根据瞬时无功理论，对ia和ie进行dq变换，得到单相逆变器输出的有功电流ip和无 功电流iq，变换公式为：
[0063] 其中，sin wt、coswt是与逆变器输出电压同频率的正弦波和余弦波，其由逆变器 输出电压锁相得到。
[0064] 利用瞬时无功理论对单相逆变器输出电流进行有功和无功分解的原理框图如图4 所示，分解得到的有功电流ip和无功电流iq经过低通滤波器滤除高频分量就得到有功电流 和无功电流的瞬时值和^。
[0065] 图5-1~图5-2为逆变器并联系统仿真输出波形，图5-1为逆变系统交流母线电压 波形，可W看出波形稳定，图5-2为逆变系统各逆变器输出电流，可W看出各逆变器电流相 同，逆变系统实现了电流均分。
[0066] W上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本申请的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 在并联逆变器供电系统中，逆变器的输出有功电流、无功电流与公共连接点的电压幅 度参考值、电压相角参考值构成下垂曲线，下垂曲线的斜率为-m、-n; 在多逆变器无信号互联线经过传输线并联系统中，流经负载的有功电流和无功电流变 化时，每台逆变器的输出有功电流和无功电流也发生变化，每台逆变器的输出电压幅值、频 率也发生变化； 根据参考电压幅值和频率合成参考电压信号，用参考电压进行脉冲宽度调制，使逆变 器输出电流等于参考电压。2. 权利要求1所述基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法，其特征在于:其电压 幅度参考值计算方法为： 计算逆变器输出瞬时有功电流f，将其减去有功电流设定值得到有功电流偏差，偏差 值乘以下垂曲线斜率-m得到参考电压偏移量，将参考电压偏移量加上参考电压设定值得到 参考电压幅值； 其电压频率计算方法为： 计算逆变器输出瞬时无功电流.^，将其减去无功电流设定值得到无功电流偏差，偏差 值乘以下垂曲线斜率_m得到参考频率偏移量，将参考频率偏移量加上参考频率设定值得到 参考电压频率。3. 权利要求2所述基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法，其特征在于:瞬时有 功电流、瞬时无功电流计算方法为： 将逆变器输出电流作为三相电流的a相，为其匹配相应的b、c两相电流;将所述三相电 流进行abc/αβ变换至αβ坐标下的两相电流;将所述αβ坐标下的两相电流进行dq变换，得到 逆变器输出有功电流和无功电流;对所述有功电流和无功电流进行低通滤波，得到瞬时有 功电流和瞬时无功电流。4. 权利要求1所述基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法，其特征在于:所述逆 变器无信号互连线，经过各自传输线并联。5. 权利要求2所述基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法，其特征在于:参考电 压幅值和参考电压频率控制方程为 ω* = co『m*(ipn_ipo) E* = E〇-n*(iqn-iq〇) 其中，η = 1，2; ω*、Ε*为参考电压频率和参考电压幅值;m、n为下垂控制系数；ω〇、Εο为 逆变器空载输出电压频率和幅值;ipn、1@为逆变器η输出有功电流和无功电流;iPo、i qQ系统 设置的额定有功电流和额定无功电流值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于电流下垂控制的单相并联逆变器控制方法，用于不间断电源系统，通过逆变器输出瞬时有功电流、无功电流控制逆变器输出电压参考信号的幅值与频率；各个逆变器间无信号线连接，当各个逆变器达到稳定时各个逆变器输出电压相同，达到输出有功电流、无功电流相等，逆变器系统实现均流，减少了周期功率理论的延迟。
【IPC分类】H02M7/42
【公开号】CN105490571
【申请号】CN201510929533
【发明人】李晓博, 袁其平
【申请人】天津理工大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月14日